COX-2/PGE2途径在骨髓间充质干细胞减轻吸烟大鼠肺气肿中的作用

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is one of the most common respiratory diseases with high incidence and mortality, which lacks effective intervention. Rescent researches have confirmed that bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) attenuates cigarette smoke-induced emphysema and improves lung function by paracrine secretion of protective factor. Little research is focused on MSCs anti-inflammation role in COPD. Macrophages are the major inflammatory cells in COPD, prostaglandin E2 (PGE2) is the main prostacyclin class of inflammatory factors, produced mainly by macrophages. This study is aimed at exploring the influence of MSCs transplantation on cyclooxygenase-2 (COX-2) signaling pathway. Bone marrow mesenchymal stem cells are expected to inhibit COX-2 expression in pulmonary macrophages by NF-κB/MAPK pathway, avoid chronic persistent inflammatory state, play anti-inflammation role in COPD.

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是临床上最常见的呼吸系统疾病之一，存在高发病率与高死亡率的特点，目前临床尚缺乏有效的干预与修复手段。最新研究已经证实骨髓间充质干细胞（MSCs）可减轻COPD大鼠的肺气肿改变，改善肺功能。对于MSCs在COPD中发挥保护的机制研究主要侧重于MSCs的旁分泌作用，而对于MSCs在COPD中抑制慢性持续性炎症状态的机制研究甚少。巨噬细胞是COPD中主要炎症细胞，前列腺素E2(PGE2)是最主要的前列环素类炎症因子，在肺组织中主要由巨噬细胞产生。本研究拟观察MSCs植入对COPD大鼠肺泡巨噬细胞环氧合酶-2(COX-2)活性及PGE2水平的影响，探讨MSCs在COPD中发挥抗炎作用的信号通路。预期MSCs通过NF-κB/MAPK途径抑制肺泡巨噬细胞COX-2系统，避免COPD大鼠肺内慢性持续性炎症状态的出现，对COPD发挥抗炎和保护作用。

骨髓间充质干细胞（Mesenchymal stem cells，MSC）作为一种治疗COPD的可行的方法，越来越多地应用到动物模型实验及临床前期研究中。既往研究表明，MSC肺内输入可以有效地改善气道炎症和肺气肿，但主要是通过旁分泌机制发挥作用。我们认为MSC的作用除了旁分泌之外，还存在直接的细胞间相互作用。因此，我们进行以下探索：①MSC通过抑制COX-2/PGE2改善COPD气道炎症和肺气肿；②MSC通过调控肺泡巨噬细胞，改变COX-2的表达。③与MSC调控巨噬细胞COX-2表达相关的信号通路。.我们用烟熏法构建COPD大鼠模型，进行气道内注射MSC治疗。Western blot和免疫组化法检测肺组织COX-2的表达，ELISA检测肺组织匀浆的PGE2以及相应的细胞因子的表达。用免疫荧光检测肺组织内COX-2表达与CD68+巨噬细胞的定位表达，并用流式细胞术检测BAL中的巨噬细胞比例。在体外实验部分，MSC与巨噬细胞共培养，检测巨噬细胞COX-2和相应的细胞因子IL-6、IL-10、PGE2在细胞内以及细胞培养上清液中的表达。检测CSE刺激的巨噬细胞中调控COX-2表达的MAPK信号通路p38 MAPK、ERK和JNK分子的磷酸化水平，并进一步用相应的p38 MAPK抑制剂SB203580、ERK抑制剂U0126和JNK抑制剂SP600125抑制在巨噬细胞中激活的MAPK通路，观察MSC的作用。反之，p38 MAPK激活剂应用于巨噬细胞，使MAPK通路激活，观察MSC对MAPK激活所致的COX-2上调的产生的作用。.结果表明MSC可以改善烟熏大鼠的气道炎症和肺气肿，降低肺组织内COX-2的表达以及相应的PGE2分泌。在BAL中MSC可以减少巨噬细胞的比例，使M2/M1巨噬细胞的比例增加。体外MSC与巨噬细胞共培养后，MSC降低了巨噬细胞COX-2和PGE2、IL-6的的表达。MSC通过抑制p38 MAPK和ERK磷酸化，降低CSE刺激的巨噬细胞中升高的COX-2表达，但与JNK无明显相关性。.本课题得出结论，MSC通过降低肺泡巨噬细胞中COX-2/PGE2的表达来改善COPD大鼠气道炎症和肺气肿，可能的信号通路是p38 MAPK和ERK通路。除了旁分泌机制以外，MSC治疗COPD还可以通过细胞间相互作用机制。